Молибден (Мо) — относится к категории тугоплавких редких металлов, атомный номер — 42 , атомная масса — 95,95, плотность — 9,3г/см3,температура плавления — 2622ОС, коэффициент линейного расширения — 5,49.10-6, удельная электропроводность — 22,7м/ом.мм2,удельное электрическое сопротивление — 0,0478ом/мм2.м (15ОС); 0,62 (2000ОС), модуль упругости — 35кг/мм2, предел прочности при растяжении — 140 — 160кг/мм2, относительное удлинение — 10-18% (до 100ОС); 0%(1000ОС); для монокристалла — 30%, предел текучести — 41-61кг/мм2, твёрдость по Бринелю — 160-180кг/мм2(неотожжённый); 240 — 250кг/мм2(прокатанный).
Молибден мало распространён в природе — 3.10-4%, для него характерна высокая рассеянность. В природе, молибден входит в состав, главным образом, медно-молибденовых руд. Содержание молибдена в рудах обычно составляет сотые, даже тысячные и очень редко десятые доли процента. Ценным природным спутником молибдена в медно- молибденовых рудах является рений, который извлекают на стадии обогащения в молибденовый концентрат. Известно 20 молибденовых минералов, но 98% молибдена добывается из молибденита. Важнейшие месторождения молибдена содержат этот металл в виде минерала молибденита или молибденового блеска (MoSO2), реже молибден встречается в форме вульфенита (PbMoH4) и повелита (CaMoO4).
Компактный металлический молибден устойчив на воздухе до температуры около 400ОС, при большей температуре молибден интенсивно окисляется. С азотом воздуха молибден реагирует только при температуре1500ОС, с углеродом, СО — реагирует начиная от 800ОС. Галоиды реагируют с молибденом: фтор — на холоду, хлор — при тёмнокрасном калении, бром — при светлокрасном, йод — не реагирует. Сера, до 440ОС, не действует на металлический молибден.
Действие кислот: HNO3 концентрированная — медленно разъедает, HNO3 разбавленная — быстро растворяет, H2SO4 концентрированная холодная — слабо действует, H2SO4 горячая (200-250ОС) — быстро растворяет. HCl концентрированная кипящая — энергично растворяет, HCl разбавленная растворяет интенсивнее крепкой, в HF(крепкая, холодная и горячая) — молибден устойчив. Хороший растворитель молибдена: 5 объёмов HNO3+3 объёма H2SO4+2 объёма H2O.
Молибденовые руды подвергаются обогащению флотацией и гравитационными методами, полученный концентрат содержит до 85% MoS. Вредные примеси в концентрате и допустимые пределы их содержания: не более 0,5% As,Sb,Bi и Ba, не более 0,2% Co и Cu, не более 0,5% P и Sn. Концентрат обжигается до окисла MO2, многократно выщелачивается аммиаком. Выщелачивание проводят в железных герметичных аппаратах барабанного типа или в специальных чанах оборудованных мешалками. Раствор освобождается от примесей добавкой многосернистого аммония, фильтруется, упаривается. Во время охлаждения из раствора выпадают кристаллы молибдата аммония, очищаемые перекристаллизацией и обрабатываемые соляной кислотой для дальнейшей очистки и перевода молибдена в молибденовую кислоту, после прокалки которой получается чистый молибденовый ангидрид (MoO3).
Вообще, металлургическую переработку молибденовых концентратов можно проводить с получением ферромолибдена для чёрной металлургии или для получения химических соединений различного состава и чистоты — молибдена MoO3, парамолибдата аммония, молибдатов натрия, кальция используемых в производстве компактного молибдена, легированных сталей и чугунов или в химической промышленности.
Непременной составной частью всех общепринятых схем переработки молибденовых концентратов является их окислительный обжиг, для перевода молибдена из сульфидной формы в оксидную — триоксид молибдена MoO3. Дальнейшая обработка огарка зависит от назначения и вида конечного продукта металлургической технологии. Для легирования сталей и чугунов обычно используется ферромолибден, CaMoO4 и триоксид молибдена MoO3. Основным способом переработки огарка на ферромолибден является металлотермическая плавка с использованием кремния и алюминия в качестве восстановителей.
Физические методы очистки молибдена основаны на летучести окиси молибдена MoO3. Технический продукт молибденового концентрата расплавляют и из него, подаваемым в печь воздухом, отгоняют пары окисиMoO3, которые,затем, конденсируются в специальном холодильнике. Получаемая таким образом окись молибдена имеет чистоту до 99,9%. Основной способ получения металлического молибдена, также, как и вольфрама, основан на восстановлении водородом окиси молибдена MoO3. Этот метод не вносит дополнительно загрязнений, обеспечивая получение чистого металла. Водородом, иногда, восстанавливают даже молибденовые концентраты, но металл получается загрязнённым различными примесями.
Полученный порошок металлического молибдена превращают в компактный металл способами аналогичными тем, которые применяются для получения компактного вольфрама. Процесс проводят в такой же аппаратуре, но с другими температурными режимами. Первое спекание проводят при температуре 1200ОС в атмосфере водорода. Высокотемпературное спекание молибденовых штабиков осуществляется в тех же аппаратах что и сварка вольфрамовых штабиков при температуре 2200-2400ОС.
Механическая обработка молибденовых щтабиков состоящая из ковки и волочения, или прокатки на лист, производится на том же оборудовании что и для вольфрама, при температурах ковки и волочения 1200ОС, т.е. ниже чем у вольфрама. Для получения крупных слитков и заготовок молибден плавят в вакуумных дуговых электропечах. Электрическая дуга возбуждается между электродом из спечённого молибденового порошка и жидким металлом, находящимся в охлаждаемом водой медном кристаллизаторе.
Примерно 90-95% добываемого молибдена используется в металлургии, в качестве легирующей добавки в стали и специальные сплавы. Добавки повышают закаливаемость стали, придают ей однородную мелкозернистую структуру, увеличивают её пластичность, прочность, износостойкость и вязкость. Легированные молибденом стали разделяют на легированные, или конструкционные стали общего назначения (на 1 тонну стали расходуется до 10 килограмм молибдена) и легированные стали специального назначения-нержавеющие, жаропрочные(расход на одну тонну стали до 70 килограмм молибдена), быстрорежущие (расход молибдена до 80 килограмм на 1 тонну). Легированные молибденом конструкционные стали используются в автомобильной, тракторной, авиационной промышленности, в котло- и турбостроении. Закалённые стали высокой прочности и пластичности применяются для изготовления брони и орудийных стволов. Около половины молибдена в мире идёт на производство сплавов и четверть — на стали. Молибден применяется в приготовлении сверхтвёрдых сплавов — стеллитов. Чистый металлический молибден используется в радиотехнике и электротехнике, в радиоаппаратуре, в рентгеновских трубках, в ракетостроении, при изготовлении деталей атомных реакторов.
В чистом виде молибден применяют в виде ленты или проволоки для изготовления нагревательных элементов, работающих в атмосфере водорода при температуре до 1600ОС. Молибденовый тонкий лист и проволоку широко используют в радиоэлектронной промышленности и рентгенотехнике, для изготовления деталей электронных ламп, рентгеновских трубок и других электронных приборов. Крупные слитки молибдена используют для изготовления лопаток турбин и ответственных деталей ракетных двигателей и корпусов ракет.
Подтверждённые мировые запасы молибдена на начало 2014 года составляют 11 миллионов тонн, всего в недрах земной коры содержится до 39 миллионов тонн молибдена. Всего в мире, на сегодняшний день, добывается порядка 270 тысяч тонн молибдена в год. В РФ запасы молибдена оцениваются в 0,25 миллионов тонн, а добывается — 4,8 тысяч тонн в год. Российские месторождения молибдена характеризуются существенно более низким качеством руд, чем в зарубежных странах — среднее содержание молибдена в них составляет 0,058%.
История открытия молибдена началась в 1778 году, когда химик из Швеции Карл Шееле получил минеральный молибденит в результате прокаливания молибденовой кислоты (calorizator). Через несколько лет, в 1781 году П.Гьельм получил молибден в виде металла, чистый же молибден был получен только в 1817 году Й. Берцелиусом.
По причине схожести внешнего вида минерального молибдена со свинцовым блеском, сначала их называли одинаково - от древнегреческого μόλυβδος, что означает свинец.
Молибден является элементом VI группы V периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 42 и атомную массу 95,94. Принятое обозначение - Mo (от латинского Molybdaenum ).
Молибден в свободном виде в природе не распространён. Имеется в виде нескольких десятков известных минералов в земной коре, морской и речной воде, в нефти, углях, мизерное количество в воздухе. Основные месторождения молибдена находятся на территории США, Мексики, Чили, Канаде, России и Армении.
Молибден является переходным мягким металлом светло-серого цвета с характерным металлическим блеском. Устойчив во время нахождения на воздухе при комнатной температуре, процесс окисления начинается при температуре выше 400˚с.
Суточная потребность в молибдене меняется в зависимости от возраста, на неё влияют также физическая нагрузка и масса тела. Норма для детей с рождения и до 10-летнего возраста составляет 15-150 мкг в день, для взрослых - 75-250 мкг, после 70-ти лет потребность в молибдене снижается и не должна превышать 200 мкг в сутки. Обычно необходимое количество данного микроэлемента человек получает с пищей, поэтому дополнительный приём не требуется.
Молибден важен для:
Молибден является важной частью фермента, отвечающего за утилизацию . При избытке молибдена нарушается утилизация и синтез витамина .
Главными поставщиками молибдена в организм человека являются зелёные листовые овощи ( , ), злаки, крупы ( , ) и бобовые ( , ). Присутствует молибден в , рыбе, орехах и ягодах.
Основное применение молибдена - металлургическая промышленность, также используется при производстве ламп накаливания.
Чрезмерное количество молибдена случается у работников металлургической сферы промышленности, проявляется так называемой молибденовой подагрой, которая обусловлена повышением мочевой кислоты в крови.
Недостаточное количество молибдена (дефицит) встречается крайне редко, как правило, в регионах, где в почвах не хватает минерала или у людей со скудным рационом питания. Признаками нехватки молибдена являются: замедление роста, выпадение волос, возникновение отёков, дряблость кожи и мышц, дерматиты и грибковые поражения кожных покровов.
Молибден или лат. Molybdaemon представляет собой пластичный металл светло-серого цвета (см. фото). В чистом виде в 1817 году он был выделен в Й.Берцелиусом. В свободном виде в природе не встречается, а сульфид его очень схож по внешнему виду с сульфидом свинца и практически до XVIII столетия эти минералы называли одним словом – молибден, что с древнегреческого переводится как «свинец».
В настоящее время известно около 20 минералов этого вещества – это молибдаты и сульфидные руды. Широкое применение нашел в металлургии при производстве высококачественных сталей в качестве легирующей добавки. Чистый элемент используют при производстве зеркал для мощных газодинамических лазеров, а еще он входит в состав микроудобрений. Соединения этого макроэлемента, такие как оксиды, молибдаты и сульфиды используют в химической промышленности как катализаторы, пигменты красителей, компоненты глазурей. Также молибден есть в составе растений и клетках животных. В некоторых странах молибден добавляют в микроудобрения для повышения содержания азота в почвах, таким образом, повышая урожайность выращиваемых сельскохозяйственных культур.
В последние несколько лет есть предпосылки считать, что благодаря ему не развиваются некоторые онкологические заболевания желудочно-кишечного тракта. Любопытный факт – некоторые ученые полагают, что на Марсе нет жизни, из-за отсутствия на этой планете молибдена.
Действие макроэлемента на организм человека определили при изучении фермента ксантиноксидазы всего лишь полвека назад. Хотя и до сих пор не совсем понятен механизм действия этого элемента на организм человека. При дальнейшем исследовании характеристик элемента ученые установили, что молибден в организме играет такие роли:
Медики до настоящего времени так и не сошлись во мнении по поводу того, какое же количество молибдена необходимо получать человеку для обеспечения суточной нормы. Одни называют цифру 75-250 мкг в сутки, другие цифру несколько больше – 300-400 мкг в сутки. Но эта цифра еще варьируется в зависимости от возраста и веса. В любом случае, какие бы цифры не озвучивали врачи, человек при обычном сбалансированном питании получает 50-100 мкг в сутки этого макроэлемента, обеспечивая, таким образом, необходимый минимум.
Молибден поступает в организм с пищей и довольно хорошо всасывается слизистой желудка и стенками тонкого кишечника.
Учитывайте, что потребление большого количества алкоголя, сладостей и препаратов с содержанием меди могут привести к необходимости повышения нормы потребления элемента.
Недостаток этого макроэлемента встречается редко и причинами его служат вегетарианство, продолжительные стрессовые ситуации, вынужденный прием внутривенного питания, а также врожденные дефекты.
Дефицит элемента может привести к достаточно серьезным последствиям – различные болезни мозга, глаз, почек, крови, нарушение функций вестибулярного аппарата. Происходит сбой в обмене веществ, развиваются аллергические реакции, депрессивные состояния. Человек чувствует общую слабость организма. У некоторых может появиться одышка и сердечная аритмия.
Избыток элемента является редким явлением, но все же в промышленных условиях, при недостатке меди и приеме препаратов, где молибден содержится, эта вероятность возрастает.
Очень токсичными соединения молибдена назвать сложно. Получить дозу, опасную для жизнедеятельности в обычных условиях довольно трудно. Она составляет 10-15 мг в день, но наш организм устроен таким образом, что чем больше молибдена поступает, тем хуже он усваивается. И все же при передозировке наблюдаются следующие симптомы: анемия, замедление роста, развитие подагры. В случае переизбытка этого вещества назначают препараты меди и серы.
Продукты, в которых содержится молибден, следует употреблять в пищу для поддержания необходимого количества его в организме. Они довольно распространены для каждого человека, так что составить рацион не составит труда:
Препараты, содержащие молибден назначают при остром дефиците этого макроэлемента, в основном, спровоцированном специфической диетой. Для поддержания нормального количества зачастую рекомендуют откорректировать питание, и тогда с проблемой дефицита этого важного элемента вы не столкнетесь.
Не многие знают, что молибден - это химический элемент шестой группы таблицы Менделеева, относящийся к переходным металлам. В классификационной структуре он находится по соседству с хромом и вольфрамом. Его отличает насыщенный серый цвет и специфический металлический блеск. Широкое применение этот тугоплавкий элемент нашел в металлургической промышленности.
Не так много сведений сохранилось до наших дней об открытии молибдена. Это связано с тем, что элемент не является слишком распространенным. Однако первые упоминания о нем были сделаны в 1778 году, когда аналитическая химия еще не успела вступить в эпоху зрелости. Сначала вещество было выделено в виде оксида.
Несмотря на открытие химического элемента в 1778 году, используемое в настоящее время название появилось гораздо раньше. Оно часто упоминалось для минералов, имеющих еще в Средние века.
Хотя молибден - это не очень распространенный элемент, в земной коре он распределен сравнительно равномерно. В свободном виде он не встречается. Наименьшее количество данного металла включают карбонатные и ультраосновные породы. Определенная доля вещества содержится в речной и морской воде. В верхних слоях находится гораздо меньше металла, нежели на глубине.
Существует две формы залегания:
Они проявляются в виде микроскопических выделений. Кристаллизация молибденита происходит при повышенной кислотности и наличии восстановительной среды. На поверхности обычно образуются кислородные соединения. Что касается первичных руд, то в них молибденит может находиться совместно с минералами меди, висмутина и вольфрамита. В больших объемах металл встречается в осадочных отложениях.
В Российской Федерации использование молибдена осуществляется во многих сферах деятельности. Страна имеет одну из самых крупных на всем земном шаре минерально-сырьевую базу по добыче данного металла. Основная доля предприятий сосредоточена в южной части Сибири.
По объемам запасов Россия уступает лишь трем государствам - США, Китаю и Чили. Основная часть минерально-сырьевой базы представлена штокверковыми месторождениями, содержащими более 87% разведанных ресурсов. Однако российские залежи характеризуются не очень высоким качеством руд.
В таблице отражены наиболее крупные месторождения.
В чистом виде использование молибдена осуществляется при производстве проволок или лент, предназначенных для выдерживания высоких температур. Такие изделия могут выступать в качестве нагревательных элементов для электрических печей, электронных ламп или
Представленный металл значительно улучшает характеристики сталей. После введения его в состав повышаются их прочностные качества и стойкость к коррозии, что необходимо при изготовлении важных деталей. Часто с добавкой молибдена производятся отличающиеся также кислотоупорностью.
Соединения с этим металлом активно применяются при изготовлении передней обшивки самолетов и ракет. На основе сплавов производятся сотовые панели летательных аппаратов и Устойчивость к высоким температурам позволяет использовать изделия с введением молибдена для обработки сталей. Многие соединения выступают в качестве катализаторов химических реакций.
Молибден - это металл светло-серого цвета, обладающий кубической решеткой с объемным центрированием. Его механические свойства определяются чистотой самого материала, а также предварительной и термической обработкой. Более подробно физические свойства рассматриваются в таблице, приведенной ниже.
В обычных условиях компонент периодической таблицы устойчив ко многим веществам. Процесс окисления начинает протекать при температуре свыше 400 градусов. Щелочные растворы на молибден оказывают медленное воздействие. Устойчивость к влаге без осуществления аэрации достаточно высока.
Качество получаемых сплавов молибдена во многом зависит от пропорции, а также способности используемых примесей и базового компонента взаимодействовать с веществом. Немаловажную роль играет технология легирования. Однако отдельные типы соединений вызывают у экспертов сомнения в плане пригодности для дальнейшей эксплуатации.
Не очень хорошо сочетается молибден с вольфрамом. При его введении существенно повышается жаропрочность материала, но в то же время ухудшается стойкость к деформациям. Подобные проблемы возникают и в комбинациях с другими металлами, поэтому такие типы легирования перестали осуществляться.
Несмотря на существующие сложности, все же удалось найти некоторые соединения, способные повысить термический порог применения молибдена. При этом пластичность, стойкость к деформациям и другие характеристики находятся на том же уровне.
Производственный процесс предполагает использование материала не только в чистом виде, но и с добавлением примесей. Ниже представлены марки молибдена, которые распространены в промышленности.
Для производства молибдена подготавливается руда, включающая до 50 процентов основного вещества, значительное количество серы, небольшую концентрацию кремния и других компонентов. Она подвергается обжигу при температурном режиме от 570 до 600 градусов в специальных печах. После термического воздействия образуется концентрат, содержащий в себе оксид молибдена с примесями.
Получить массу без посторонних веществ можно двумя способами:
Очищенный от примесей оксид молибдена подвергается обработке в трубчатых печах посредством водорода. В итоге получается порошок, который путем плавки и внедрения особых веществ преобразуется непосредственно в металл. Форма заготовок будет зависеть от применяемой технологии производства.
Наиболее распространенным видом продукции являются прутки. Они могут не только использоваться самостоятельно, но и служить основой для производства проволоки. В качестве исходного сырья для изготовления изделий выступают молибденовые штабики, имеющие квадратное сечение не более 40 мм.
В процессе получения прутков осуществляется ротационная ковка, проходящая в несколько этапов. На каждой стадии изготавливаются прутки с определенным сечением. Условия ковки изменяются с учетом диаметра поступающей заготовки. К недостаткам технологии можно отнести трудоемкость производственного процесса.
Для изготовления специальной проволоки также используется молибден. Производители формируют ее из подготовленных должным образом прутков, диаметр которых не превышает 3 мм. При таком сечении изделия легко наматываются на катушку для дальнейшего производства проволоки.
В процессе изготовления применяется метод протяжки, включающий четыре основных этапа. Проволока в итоге получает конечный диаметр, который был установлен заранее. Температурный режим в ходе производственного процесса может колебаться от 300 до 700 градусов.
После волочения производится очистка проволоки путем отжига в водородной среде. В этом случае температура достигает 1300-1400 градусов. Иногда очистка осуществляется электролитическим травлением с использованием азота.
Из молибдена могут изготавливаться цельные листы и ленты. Их удается получить за счет ковки и прокатки. При производстве применяются пневматические молоты и двухвалковые станы. Толщина получаемой ленты после горячей прокатки зависит от сечения исходной пластины.
После изготовления молибденовые полосы проходят химическую очистку. Они помещаются в специальную среду из активных веществ. Далее осуществляется холодная прокатка при обычной температуре. На завершающем этапе ленты снова подвергаются очистке и при необходимости полируются.
Существуют производственные стандарты для изделий металлических из молибдена. ГОСТ 18905-73 устанавливает требования к изготовлению проволоки. В нем отражены допустимые отклонения массы и диаметра.
На территории Российской Федерации преимущественно разрабатываются скарновые, штокверковые и жильные месторождения. По качеству добываемая руда не сильно уступает зарубежному сырью, но она все же имеет определенные особенности, связанные со структурой.
В России самыми крупными производителями молибдена являются две компании:
Перечисленные предприятия обеспечивают до 95 процентов отечественного производства металла.
Молибден выступает в качестве важного вещества, необходимого для нормальной жизнедеятельности людей. Он содержится во многих органах и костной ткани. Суточная потребность в химическом элементе составляет в среднем 70-300 мкг. При его дефиците эти показатели увеличиваются.
Молибден принимает участие в обмене веществ, а также в процессе очищения организма от альдегидов, кислот и других соединений. Он способствует утилизации железа, позволяя быстро устранить последствия при различных видах отравлений. Микроэлемент эффективно очищает организм от ядовитых веществ.
Проведенные исследования показали, что молибден облегчает боли при артрите и других заболеваниях, оказывает положительное влияние при наличии астмы, уменьшает риск появления раковых опухолей в кишечнике и желудке. Больше всего вещества содержится в листовых овощах, гречке, ячмене, печенке, яйцах, молоке, крыжовнике и черной смородине.
В статье “Молибден. Свойства, применение, производство, продукция” подробно рассматривается тугоплавкий металл молибден . Описаны свойства молибдена, указаны области его применения. Также перечислены различные марки молибдена с указанием их особенностей.Статья освещает процесс производства молибдена от стадии обогащения руды до стадии получения заготовок в виде штабиков и слитков. Отмечаются характерные особенности каждой стадии.
Особое внимание в статье уделяется продукции (проволока, прутки, листы, полосы, порошок и др.). Описаны процессы изготовления той или иной продукции из молибдена, ее характерные особенности и области применения.
| Свойство | Значение |
|---|---|
| Физические свойства | |
| Атомный номер | 42 |
| Атомная масса, а.е.м. (г/моль) | 95,94 |
| Атомный диаметр, нм | 0,273 |
| Плотность, г/см 3 | 10,2 |
| Температура плавления, °С | 2620 |
| Температура кипения, °С | 4830 |
| Удельная теплоемкость, Дж/(г К) | 0,248 |
| Теплопроводность, Вт/(м K) | 138 |
| Электрическое сопротивление, мкОм см | 5,7 |
| Коэффициент линейного термического расширения, 10 -6 м/мК | 4,9 |
| Механические свойства | |
| Модуль Юнга, ГПа | 329,3 |
| Модуль сдвига, ГПа | 122,0 |
| Коэффициент Пуассона | 0,30 |
| Временное сопротивление σ B , МПа | 800-900 |
| Относительное удлинение δ, % | 0-15 |
| Марка молибдена | Характеристика марки |
|---|---|
| МЧ | Молибден чистый без присадок |
| МЧВП | Молибден чистый без присадок, полученный с помощью вакуумной плавки |
| МРН | Молибден без присадок. Молибден разного назначения. Температура рекристализации молибдена этой марки может быть несколько выше, чем у молибдена марки МЧ за счет большего содержания примесей |
| МК | Молибден с кремнещелочной присадкой. Характеризуется значительно более высокой температурой рекристализации, по сравнению с молибденом марки МЧ и более высокой прочностью при изгибе в отожженном состоянии |
| МР | Сплавы молибдена и рения |
| ЦМ | Молибден с присадкой циркония и/или титана |
| МВ | Сплавы молибдена и вольфрама |
Во вторую группу входят такие сплавы молибдена, как ЦМ5, ЦМ6, ЦМ-2А, ВМ-1, ТСМ4 с типичным содержанием углерода (по массе) 0,004-0,05% С, а также сплавы ЦМ10 и ТСМ-7 с пониженным содержанием углерода. Сплавы ЦМ5 и ЦМ6 относятся к системе молибден-цирконий (Mo-Zr), а сплавы ЦМ-2А, ВМ-1 легированы одновременно небольшими добавками титана и циркония. Сплав ТСМ4, помимо циркония, содержит небольшие концентрации никеля и углерода, это сплав системы молибден-цирконий-никель-углерод (Mo-Zr-Ni-C). Среди сплавов второй группы наиболее широко распространен малолегированный сплав ЦМ-2А, отличающийся достаточной технологичностью и более высокой жаропрочностью по сравнению с чистым молибденом. Сплав ЦМ-2А наименее склонен к хладноломкости после деформации. Рекристаллизация повышает его склонность к хрупкости. Сплав ВМ-1 по составу и свойствам близок к сплаву ЦМ-2А. Сплав ЦМ5 более жаропрочен, чем ЦМ-2А. Сплав ЦМ6 с меньшим содержанием циркония и углерода уступает сплаву ЦМ5 по жаропрочности, но является более технологичным, менее склонен к хладноломкости в рекристаллизованном состоянии, хорошо сваривается.
В третью группу (низколегированные высокоуглеродистые сплавы) входит ВМ-3 с повышенным содержанием углерода, доходящим (по массе) до 0,25-0,50%. Чтобы связать весь углерод в карбиды, этот сплав легирован большим количеством титана и циркония; дополнительное упрочнение обеспечивает ниобий. Карбиды титана (TiC) и циркония (ZrC) улучшают жаропрочность сплава. В то же время карбид молибдена (Mo 2 C) оказывает негативное влияние на технологические свойства сплавов. Его присутствие снижает пластичность как при комнатной, так и при высокой температуре. Для исключения образования Mo 2 C титан, цирконий и углерод вводят в сплавы в определенных пропорциях.
К четвертой группе (высоколегированные сплавы) относятся ЦМВ30, ЦМВ50 и МР47ВП. Для сплавов ЦМВ30 и ЦМВ50 характерна высокая жаропрочность, обусловленная их легированием большими количествами вольфрама, а сплав МР47ВП системы молибден-рений (Mo-Re) отличается высокими прочностными свойствами при умеренных температурах и большой технологичностью. Жаропрочность последнего сплава может быть существенно повышена введением карбидов ZrC и ТiС.
Основные направления применения молибдена
1. Легирующий элемент в различных сталях и сплавах цветных металлов
В качестве легирующей добавки молибден активно используется в черной металлургии при производстве сталей и чугунов. В состав конструкционных сталей входит до 0,5 % данного тугоплавкого металла. Благодаря молибдену значительно улучшается структура конструкционной стали. Она становится более однородной и мелкозернистой. Добавление молибдена позволяет улучшить механические свойства сталей и сплавов, а именно: предел упругости, сопротивление износу и удару. Одно из ценных свойств молибдена – его способность устранять отпускную хрупкость аустенитной стали.
Молибден активно применяется при производстве различных инструментальных сталей. Стали, из которых изготавливают штампы, обычно содержат 1-1,5 % данного тугоплавкого металла, быстрорежущие стали – 5-8,5 %. Молибден повышает красностойкость инструментальных сталей, их твердость, прочность, сопротивление образованию закалочных трещин, износу.
Хромистые и хромоникелевые стали также имеют в своем составе молибден. Он снижает хрупкость и повышает жаропрочность данных сталей в условиях длительной работы. Введение 2-4 % молибдена в нержавеющие хромоникелевые стали улучшает их коррозионную стойкость.
Тугоплавкий металл молибден также включают и в состав чугунов. Введение в чугун 0,2-0,5 % молибдена повышает вязкость, сопротивление износу и улучшает свойства при высоких температурах, а также уменьшает склонность к росту зерен.
2. Антикоррозионные и жаропрочные сплавы
Очень часто молибден входит в состав жаропрочных и кислотостойких сплавов. Металлы кобальт и никель , как правило, являются основой жаропрочных сплавов (50-60 %), также такие сплавы содержат хром (20-28 %) и молибден (3-10 %). В качестве примера можно привести жаропрочный сплав, который используется для изготовления лопаток и дисков роторов газовых турбин: Ni – 37 %, Co – 20 %, Cr – 18 %, Fe – 17 %, Mo – 3 %, Ti – 2,8 %
Кислотостойкие сплавы, содержащие 17-28 % молибдена, а также хром, вольфрам и железо, устойчивы к воздействию всех минеральных кислот (например, серная кислота, соляная кислота и другие), кроме плавиковой.
3. Конструкционный материал в аэрокосмической и атомной технике
Благодаря своим свойствам молибден используется в качестве конструкционного материала в аэрокосмической и атомной технике. Конструкционные металлы и сплавы, применяемые в аэрокосмической отрасли, должны отличаться хорошей жаропрочностью и окалиностойкостью. Данными свойствами обладают тугоплавкие металлы вольфрам, молибден, ниобий и другие, однако, ниобий и молибден имеют большую удельную прочность при температуре до 1370 °С по сравнению с вольфрамом, поэтому более предпочтительны в качестве конструкционных материалов, работающих при указанной и более низких температурах.
Молибден используется для изготовления обшивки и элементов каркаса сверхзвуковых самолетов и ракет, а также теплообменников, оболочек возвращающихся на землю ракет и капсул, тепловых экранов, передних кромок ракет, носовых конусов ракет, обшивки кромок крыльев сверхзвуковых самолетов.
Молибден с присадками ниобия, ванадия, титана и других металлов, которые повышают жаропрочность, применяется для изготовления ответственных деталей ракетных двигателей и газовых турбин: сопловые и рабочие лопатки газовых турбин, выхлопные сопла и камеры сгорания прямоточных реактивных двигателей.
Металл молибден является тугоплавким и достаточно хорошо устойчив к воздействию жидких металлических теплоносителей типа лития и свинцововисмутового сплава. Указанные свойства молибдена позволяют использовать его в качестве конструкционного материала в энергетических атомных реакторах при температуре до 800 °С. Из тугоплавкого металла молибден изготовляют контейнеры, оболочки, трубы и другие элементы активной зоны реактора.
4. Материал для изготовления оборудования для обработки металлов давлением
Жаропрочность молибдена, его тугоплавкость, высокая теплопроводность и низкий коэффициент расширения позволяют использовать данный метал для изготовления элементов оборудования, предназначенного для горячей обработки металлов давлением. Так из молибдена производят оправки прошивных станов, матрицы, пресс-штемпели. Стоит заметить, что по данным экспериментов прошивные пуансоны для прошивки заготовок из нержавеющей стали, изготовленные из сплава молибдена с 0,5% титана, прошивают до момента выхода из строя в 100 раз больше заготовок по сравнению с пуансонами из других материалов. Также из тугоплавкого металла молибден производят пресс-формы и стержни машин для литья под давлением сплавов меди, цинка и алюминия.
5. Материал для изготовления нагревателей высокотемпературных печей
Проволоку, ленту и прутки из молибдена применяют в качестве нагревателей высокотемпературных электрических печей . Температура в таких печах может достигать 1700 - 2000 °С. Стоит заметить, что молибденовые нагреватели должны работать только в защитной атмосфере (обычно, водород, аргон) или в вакууме.
Молибденовые прутки применяют также в качестве электродов в печах для плавки стекла. Как правило, для данных целей используют прутки диаметром от 25 до 150 мм и длиной до 1,8 м. Также встречаются плавильные печи с электродами в виде молибденовых пластин. Стоит заметить, что молибден практически не вступает в реакцию с расплавленным стеклом. Это позволяет использовать данный металл для изготовления деталей стеклоплавильных печей.
6. Материал для производства электроламп и электровакуумной техники
Такие свойства, как жаропрочность, высокая электропроводность, высокая температура плавления, позволяют применять молибден в производстве электроламп и электровакуумных приборов. Молибденовая проволока применяется для изготовления крючков, которые поддерживают вольфрамовую нить в лампе накала. Также молибден используют в качестве керна для навивки вольфрамовой проволоки.
Молибденовые прутки служат для ввода тока в различные электровакуумные приборы и колбы мощных источников света. Листы из молибдена применяются для производства анодов генераторных ламп. Также из данного метала изготовляют сетки приемно-усилительных ламп, вспомогательные электроды генераторных ламп, катоды газоразрядных трубок.
Молибден также нашел применение и в рентгеновской технике. Например, из него производят фокусирующие электроды, вводы катодов.
В процессе получения редкого металла можно выделить три основных стадии:
Процесс получения молибдена состоит из нескольких стадий.
Методы порошковой металлургии
Данный способ получения ковкого молибдена является наиболее распространенным, так как позволяет более равномерно распределять присадки, которые улучшают физико-механические свойства молибдена. В качестве присадок могут использоваться титан (Ti), цирконий (Zr), ванадий (V) и другие металлы.
Процесс получения компактного молибдена методом порошковой металлургии состоит из нескольких стадий:
Предварительное спекание штабиков обычно проводят в муфельных или трубчатых печах при температуре 1110-1200 °С. Спекание (сварку) осуществляют при температуре 2200-2400 °С в специальных аппаратах для высокотемпературного спекания. Если заготовки крупногабаритные, то для их спекания предпочтительнее использовать печь с косвенным нагревом. Примером подобной печи является вакуумная печь непрерывного действия для высокотемпературного спекания штабиков косвенным нагревом, где в качестве нагревателей используются графитовые стержни. Стоит заметить, что предварительное спекание штабиков осуществляется в среде водорода, что способствует упрочнению заготовки и повышению электропроводности.
Плавка
Плавка используется для получения компактного молибдена в виде крупногабаритных заготовок (от 200 до 2000 кг), предназначенных для проката, вытяжки труб, производства изделий методом литья. Осуществляется плавка в электрических дуговых печах с расходуемым электродом и/или электронно-лучевая плавка. В результате плавки получаются молибденовые слитки.
При дуговой плавке в качестве электродов служат пакеты спеченных молибденовых прутков, которые, в свою очередь, получают путем сваривания (спекания) штабиков. Подобные прутки, как правило, имеют длину 1-2,5 м и объединяются в пакеты по 4-16 прутков, а в некоторых случаях и больше.
После дуговой плавки молибденовые слитки содержат следующие примеси (приблизительно), %: O 2 – 1-3 ∙ 10-4, H 2 – 1-2 ∙ 10-5, N 2 – 10-3-10-4. В результате электронно-лучевой плавки удается избавиться от большого числа примесей, среди которых кислород, азот, углерод, железо, медь, никель, марганец, кобальт. Стоит заметить, что при получении молибденовых слитков любым из приведенных способов для глубокой очистки молибдена от кислорода (содержание в металле
Заготовками для производства перечисленной выше продукции могут служить спеченные молибденовые штабики (изготовлены методом порошковой металлургии) или слитки (изготовлены методом литья). Большинство продукции из металла молибден получают путем обработки заготовок давлением. В зависимости от типа и размера заготовок технологические процессы производства продукции могут значительно отличаться.
Исходными материалами для производства прутков являются спеченные молибденовые штабики квадратного сечения со стороной 40 мм и меньше, а также слитки плавленого молибдена различных размеров.
В процессе получения молибденовых прутков из штабиков последние подвергаются ротационной ковке. Ковка молибденовых прутков осуществляется в несколько этапов. На каждом этапе получают прутки определенных диаметров, при этом условия ковки специальным образом изменяются в зависимости от диаметра поступающей заготовки.
Устройство ротационной ковачной машины
1 - станина, 2 - вал, 3 - ролики, 4 - стальная обойма, 5 - ковочные плашки, 6 - спеченный штабик
Когда длина прутков значительно возрастает, переходят на непрерывную ковку. Данный переход осуществляют при диаметре прутка 3 мм, если исходными заготовками были штабики сечением 10х10 или 12х12 мм. Подача прутков в ковочную машину осуществляется механически, а для подогрева используется газовая печь. При непрерывной ковке прутки покрывают смазкой – аквадагом или гидроколлагом (водные коллоидные суспензии графита). Смазка предохраняет пруток от окисления и уменьшает износ матриц ковочной машины.
К недостаткам ротационной ковки можно отнести трудоемкость процесса и неровность поверхности получаемых прутков. При нагреве заготовок возникают значительные потери молибдена вследствие его окисления. Для снижения потерь и улучшения пластических свойств молибдена разработаны процессы ковки в атмосфере инертного газа.
Помимо спеченных штабиков заготовками для производства молибденовых прутков могут служить слитки. Слитки плавленого молибдена имеют грубую крупнозернистую структуру и значительно труднее поддаются обработке давлением, чем спеченные заготовки. Поэтому горячую ковку можно применять только для слитков диаметром до 100 мм. Ковка осуществляется при температуре 1400-1450 °С. Заготовки диаметром 150 мм и больше обрабатывают методом прессования. Ковка таких заготовок может привести к образованию трещин.
Перед прессованием слиток нагревают до температуры 760 °С, покрывают специальной эмалью, на которую затем накатывают тонкоизмельченное стекло. Стекло в данном случае выступает в качестве смазки. Затем заготовку нагревают до 1260 °С и еще раз покрывают стеклом. Далее осуществляется прессование. После прессования слитки подвергают горячей ковке при температуре 1425 °С. У полученного в результате ковки прутка обрезают концы. Затем пруток обтачивают на глубину до 25 мм с целью удаления стекла и слоя окалины. В дальнейшем прутки могут подвергаться ковке для получения необходимого размера.
Стоит заметить, что изделия из спеченных и плавленых заготовок молибдена не отличаются по свойствам.
Применение
Одним из направлений применения продукции из молибдена является изготовление нагревателей высокотемпературных электрических печей (см. ). Молибденовые прутки могут использоваться в качестве таких нагревателей. Как правило, нагреватели из молибденовых прутков являются свободноизлучающими, то есть тепло передается от нагревателя непосредственно нагреваемому изделию, за счет чего достигается более эффективное использование мощности печи. Крепление таких нагревательных элементов должно быть очень надежным, чтобы исключить их провисание. Нагреватели из молибденовых прутков обладают высокой прочностью. Они используются в высокотемпературных электрических печах, обладающих большой мощностью.
Молибденовые прутки применяются для изготовления вводов электровакуумных приборов. Широкое распространение в данной области прутки из молибдена получили благодаря тому, что данный металл имеет достаточно высокую электропроводность и малый коэффициент термического расширения, отлично согласующийся с коэффициентом термического расширения тугоплавкого стекла, из которого сделаны корпусы электровакуумных приборов. Прутки из молибдена применяют для изготовления вводов, рассчитанных на большую силу тока, например, для вводов стеклянных вентилей.
Одной из наиболее важных областей применения молибденовых прутков является производство проволоки, где молибденовые прутки выступают в качестве заготовок (см. ).
